基于TwinCAT3的多圈绝对值编码器回零

问    题

近日,通过Beckhoff PLC控制ABB Microflex e190伺服，在对多圈绝对值编码器伺服电机回零时，发现了一个问题。执行MC_Home回零后，当前值（fAx1ActPos）可以更改成零。但当重新激活配置或重新上电后，当前值（fAx1ActPos）又恢复到执行MC_Home前的值。即，PLC中只能读取到编码器的绝对计数值。即便对SDO：（1010：01）进行了操作也不行（参见下文）。



试验配置如下：



其中Microflexe 190连接的伺服电机为多圈绝对值编码器。单圈位数17位，多圈位数16位。



多圈绝对值编码器说明

众所周知，多圈绝对值编码器，可以记下伺服电机单圈内的角度以及伺服电机转过的圈数。单圈内角度可通过光电码盘直接读取，圈数由电池保存。由于多圈绝对值编码器可记住很大范围内电机轴的绝对位置，因此，多圈绝对值的伺服电机一般不用每次上电回零。

与之对应，增量式编码器每次上电后读数都为零，因此每次上电后都需要回零。单圈绝对值编码器每次上电后，读数都为-0.5圈到0.5圈内的数值。比如断电前的计数为12.7（单位为圈），再次上电后的读数为-0.3，因此单圈绝对值编码器每次上电也需要回零。

基准零点

多圈编码器伺服电机，读数范围为-232~+232，此读数为编码器的绝对位置读数。首次投入使用时，其绝对位置读数（x0）是随机的，可能是一个很大的数。



实际的机械轴可能只是在一个小范围内运动（红色线段区域）。如使编码器绝对读数，会很不方便。如希望把x0作为编程的基准零点。在伺服轴首次投入使用之前，一般会对执行一次回零，以把x0确定为基准零点。





在驱动器中，有一个参数为POSOFFSET。当需要把x0作为基准零点时，会把POSOFFSET设置为-x0。POSOFFSET通过SDO：(5044)映射到PLC侧。在PLC侧，通过对SDO: (1010:01)的操作，把相关参数(-x0)写入POSOFFSET，即SDO：(5044)，并使之生效。

操作说明及解决方法

常规操作应当是：执行MC_Home功能块，把HomingMode设置为MC_Direct。即不执行轴的动作，直接将当前值x0设为0（把-x0赋值给POSOFFSET）。执行完后，把“16#65766173”写入SDO：(1010:01)，即可把x0点设置为基准零点。

注：16#65766173对应“EVAS”的ASCII码，即“SAVE”的倒序！

这种方式在ABB PLC或LS PLC中都可把x0修改为基准零点，但在Beckhoff PLC中，始终修改不成功。

反复测试，发现当在BeckhoffPLC中执行完MC_Home后，POSOFFSET（SDO：5044）中的值并未更新，即-X0并未更新到SDO：5044中去。因此，需要通过PLC编程更新SDO：5044。

此时需要用到SDO读写功能块，各个PLC厂家都会提供SDO读写的功能块。TwinCAT3提供了库文件：TC2_EtherCAT。其中包含对SDO读写的功能块。







功能块管脚定义请参考官方说明文件。

POSOFFSET的计算及更新

那么，通过PLC如何更新POSOFFSET呢？首先看一下更新的POSOFFSET的计算。

进一步说明一点，多圈绝对值编码器首次上电时的读数为x0，但x0是随机的，有可能不是理想的基准零点，理想的基准零点有可能是在x0点附近的x1点。因此，下述讲述，都是按需要把x1设为基准零点展开的。



执行MC_Home之前，POSOFFSET中有可能是有数值的。在此POSOFFSET前提下的基准零点为x0。此时，若伺服轴的实际读数为y0。即y0是以x0为基准零点的读数y0:=x1-x0。

如果伺服驱动器恢复了出厂设置，则初始POSOFFSET读数为0，基准零点即编码器的绝对零点。

当前的读数y0可通过当前位置读取功能块读取，如下截图，y0=105。此时，对应编码器的绝对读数为x1。



在当前POSOFFSET对应为x0时，如要把x1设置为基准零点，则：

POSOFFSET(x1) = POSOFFSET(x0)+ y0

POSOFFSET(x0)可通过如下功能块读取，并把POSOFFSET(x0)读入变量“nRealValue”中。如伺服驱动器为出厂设置，则nRealValue=0：



而y0的值保存在变量fAx1ActPos中。可通过如下功能块计算POSOFFSET(x1)，并存入nSAVE2中:



因我们默认的用户单位为圈，因此fAx1ActPos要乘以131072，并且要取反。

计算完成以后，要通过SDO写功能块，将nSave2写入SDO:5044:



写完成后，要把nSave的值写入SDO:(1010:01)：





写完成后，即可把驱动器中的PosOffset更新为“-x1”。

POSOFFSET更新完成后，执行MC_Home，就可以把当前值设置成MC_Home功能块设置的“Position”，此时默认为0，并且断电上电后，当前值都是基于基准零点（x1）进行计数。



备注：要先更新POSOFFSET(其值为-x1)，后执行MC_Home。否则，如先执行MC_Home会提前把y0更改成0。

另：在调用SDO读写及MC_Home功能块时，不要使能伺服轴，这样通过功能块读取的y0值无跳动，读数更准确。

总    结

当把任意一点设为基准零点时，这一点对应的POSOFFSET为其编码器绝对读数取反。并需把此POSOFFSET写到SDO:5044中去。通过给SDO（1010：01）赋值“16#65766173”使刷新的SDO参数生效。

TwinCAT3的SDO读写功能块在TC2_EtherCAT库中。不同品牌PLC都有相应的SDO读写功能块。

Beckhoff的POSOFFSET需通过PLC编程计算刷新（如有其它方法或理解错误的，再另文说明）。有的品牌的PLC如ABB和LS的则不需要！

多圈绝对值编码器伺服电机，只是在首次投入使用时需确定基准零点，不用每次上电都做回零。